Le file di pannelli solari blu che punteggiano paesaggi e tetti sono tipicamente realizzate in silicio cristallino, il semiconduttore cavallo di battaglia che si trova praticamente in ogni dispositivo elettronico.

Nell'ultima decade, I ricercatori della Colorado State University hanno condotto studi pionieristici per migliorare le prestazioni e il costo dell'energia solare fabbricando e testando nuovi materiali che vanno oltre le capacità del silicio. Si sono concentrati su un materiale che promette di sostituire il silicio, chiamato tellururo di cadmio.

In collaborazione con i partner della Loughborough University nel Regno Unito, i ricercatori del Next Generation Photovoltaics Center della CSU, supportato dalla National Science Foundation, hanno riportato un importante passo avanti nel modo in cui le prestazioni delle celle solari a film sottile di tellururo di cadmio vengono ulteriormente migliorate con l'aggiunta di un altro materiale, selenio. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Energia della natura all'inizio di questo mese e sono oggetto di un articolo "Notizie e opinioni".

"Il nostro articolo va dritto alla comprensione fondamentale di ciò che accade quando leghiamo il selenio al tellururo di cadmio, " disse Kurt Barth, direttore del Next Generation Photovoltaics Center e professore associato di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica.

Fino ad ora, non è stato ben compreso perché l'aggiunta di selenio abbia registrato un'efficienza record delle celle solari al tellururo di cadmio - il rapporto tra energia prodotta e ingresso di luce - di poco più del 22%. Insieme ai collaboratori della CSU W.S. Sampath e Amit Munshi, Barth e un team internazionale hanno risolto questo mistero. I loro esperimenti hanno rivelato che il selenio supera gli effetti dei difetti su scala atomica nei cristalli di tellururo di cadmio, fornendo un nuovo percorso per una più diffusa, energia solare meno costosa.

I film sottili di tellururo di cadmio che il team della CSU realizza in laboratorio utilizzano un materiale 100 volte inferiore rispetto ai tradizionali pannelli solari in silicio. Sono quindi più facili da produrre, e assorbono la luce solare quasi alla lunghezza d'onda ideale. L'elettricità prodotta da celle fotovoltaiche al tellururo di cadmio è il costo più basso disponibile nell'industria solare, diminuendo le fonti di combustibili fossili in molte regioni del mondo.

Secondo il giornale, gli elettroni generati quando la luce solare colpisce il pannello solare trattato con selenio hanno meno probabilità di essere intrappolati e persi a causa dei difetti del materiale, situati ai confini tra i grani di cristallo man mano che vengono coltivati. Ciò aumenta la quantità di energia estratta da ciascuna cella solare. Lavorare con materiali fabbricati alla CSU tramite metodi di deposizione avanzati, il team ha scoperto questo comportamento inaspettato misurando la quantità di luce emessa dai pannelli contenenti selenio.

Poiché il selenio non è distribuito uniformemente tra i pannelli, hanno confrontato la luminescenza emessa da aree in cui era presente poco o nessun selenio e aree in cui il selenio era molto concentrato.

"Un buon materiale per celle solari privo di difetti è molto efficiente nell'emissione di luce, e così si illumina fortemente, " disse Tom Fiducia, l'autore principale del documento e un dottorato di ricerca. studente all'Università di Loughborough, lavorando con il professor Michael Walls. "È sorprendentemente ovvio quando si osservano i dati che le regioni ricche di selenio brillano molto più intensamente del tellururo di cadmio puro, e l'effetto è straordinariamente forte."